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科学与生活 1、电灯泡 生活问题: 白炽灯是人们常用的照明用具, 如图 1—4—7 所示.根据你对白炽灯的了解,请提出两个与物理知识有关的 问题,并针对提出的问题作出简要回答. 例如:问题:白炽灯的灯丝用久了为什么会变细? 简答:在高温状态下工作灯丝升华造成的. (1)问题: 简答: (2)问题: 图 1—4—7 简答: 分析点拨: “提出问题”是中考一个新题型,它多采用绘图或描述的方式,展现有 关用品及其物理情景,引导学生提问.白炽灯是我们日常生活中常见的一种照明用具,它涉 及有许多的物理问题,可以从制造的材料、形状、工作情况等方面提出相应的问题.“提出 问题”是科学探索的第一步,该题型有利于考查和培养学生的科学探索的意识及相关能力, 本题是针对学生非常熟知的白炽灯和灯头,学生可以提出很多问题并可以做出简答: 解:(1)白炽灯的工作原理是什么?白炽灯是利用电流的热效应工作的. (2)铁螺扣套为什么有花纹?为了增大灯口螺套和灯头之间的摩擦. (3)灯泡内为什么要抽出空气?防止钨丝在高温下氧化燃烧. (4) 塑料灯口上盖内的电线为什么要打一个纽扣节?纽扣节承担灯头及灯泡的重力, 使电线与灯头接点不受力而不松脱. (5)灯泡和灯头上哪些由导体组成的?灯丝、灯丝支架、螺丝套和灯头尾触点是由 导体组成的. (6)白炽灯在工作时能的转化是怎样的?等等. 2、电水壶 生活问题: 家庭中常用电热水壶烧水,它具有方便、环保的优点.下表是小红同学收 集到的烧开一壶水的有关数据,请按要求作答.(设电阻值不变、计算结果保留小数点后面 两位) (1)烧开这壶水至少需吸收多少热量? (2)用所学知识计算出与本题相关的三个电学方面的物理量. 要求写出简要的文字说明、 计算过程和结果. (3)小红同学通过计算、分析发现,烧开一壶水实际加热时间大于理论计算时间.你认 为产生这种现象的原因是什么?请简要分析. 水的质量 m/kg 水的初温 t0/℃ 水的比热容 c/[J/ (kg·℃)] 大气压值 0.5 20 4.2×10 3 电 热 水 壶铭牌 额定电压 U/V 额定功率 P/W 220 440 200 9 实际电压 U/V 实际加热时间 t/min 一个标准大气压 分析点拨: 电水壶结构比较简单,主要由发热体和金属壶壳组成,在工作时是通过电 流做功将电能转化为内能.对于电水壶的考查往往涉及到能量的转化、壶的构造、物态的变 化和电及热学知识.本问题是将电与能量的转化结合在一起,综合考查了识“铭”的知识. 解:(1) Q 水吸=c 水 m 水(t 水一 t0 水) 3 5 =4.2×10 J/(kg·℃)×0.5kg×(100℃—20℃)=1.68×10 J

P额 (2)当电热水壶正常工作时:I 额= 2 U额 U额  440 W 220 V =2A R= P额  ( 220V ) 2 440W =110Ω U实 当实际电压为 200V 时:I 实= R 2 U实  200 V 110 =1.82A P 实= R  (200 V )2 110 = 363.6W 5 W 实=P 实 t 实=363.6W×540s=1.96X10 J (3) 实际上烧开一壶水的加热时间总是要大于理论计算时间,这是因为在实际上烧开水 时,首先是燃料不可能完全燃烧,其次,是燃料在燃烧过程中放出的热量有散失,同时壶本 身也要吸收热量,这些因素均会造成实际加热时间的延长. 3、电饭锅 生活问题: 某一电饭锅, 内部电路如图 1—4—8 所示. R1 是加热电阻, 阻值为 48.4Ω ; R2 是限流电阻,阻值为 484Ω .煮饭时,接通电源(220V 50Hz)、闭合手动开关 Sl,电饭锅 处在加热状态.当锅内食物温度达到 103℃时,开关 S1 会自动断开,断开后若无外力作用则 不会自动闭合.S2 是一个自动温控开关,当锅内食物温度达到 80℃时会自动断开,温度低 于 70℃时会自动闭合.问: (1)若接通电源后没有闭合开关 S1,那么电饭锅能将饭煮熟吗?为什么? (2)在一个标准大气压下若用这种电饭锅烧水,则开关 S1 的自动断电功能不起作用,这 是为什么? (3)在加热和保温两种情况下,电饭锅消耗的电功率之 比是多少? 若电饭锅电能转化为内能的效率为 84%,那么 在一个标准大气压下将温度为 20℃、质量为 2.5kg 的水烧 开,至少需要多长时间? 分析点拨: 电饭锅是利用发热体,将电能转化为内 能工作的.从电饭锅的工作情况看:当按下开关 S2,开关横 图 1—4—8 杆把磁铁向上顶贴着感温软磁,发热体接通,开始加热;在 饭煮熟前,锅内有水,所以电饭煲内温度不会超过 100℃,感温磁钢仍有磁性,使电源开关 处于“通”的状态;当饭煮熟后,煲内没有水,温度便会逐渐上升,当升至 103℃时,感温软 磁就不受磁铁吸引,开关的杠杆因弹簧的弹力及本身的重力而下降,迫使接触点分开,发热 体断电.同时,接通另一保温电路,通过热双金属片恒温器自动控制恒温,从而将饭的温度 保持在 70℃左右. 解:(1)不能 不闭合 S1,电饭锅只能处在保温状态电饭锅内食物的温度不超过 80℃ (2)在 1 标准大气压下,水的沸点是 100℃,所以 S1 自动断电功能不起作用. (3) 加热和保温电饭锅消耗的电功率之比: P 加热 / P 保温 = (U 2/R1)/[U 2/(R1+R2)] = (R1+R2)/ R1 = (48.4Ω +484Ω )/48.4Ω = 11/1

(4) 一个标准大气压下,将水烧开须吸收的热量为: Q 吸 =cm(t - t0)=4.2×10J/(kg·℃)×2.5kg×(100℃—20℃)=8.4×105J 5 6 所以 Q 放 = Q 吸/η = 8.4×10 J/ 84% =10 J 2 由 Q 放= U t /R 1 得: 2 6 2 3 需要时间:t = Q 放 R1/ U =10 J×48.4Ω/(220V) =10 s 4、电熨斗 生活问题: 下面是 H03 家用蒸汽电熨斗示意图(图 1 —4—9 所示)和铭牌,使用时水箱中的水滴从被加热的底板气 室迅速汽化产生向下的蒸汽. 额定电压 额定频率 额定功率 底板面积 220V 50Hz 1000W 160cm 2 功能 蒸汽方式 质量 放置方式 汽烫、干烫 滴下式 1.3kg 自立式 图 1—4—9 (1)某师傅在用熨斗干烫衣服时,用了 19N 向下的力压熨斗,在此过程中,衣服受到的 压强是多大? (2)用熨斗汽烫时先预热,使金属底板的温度从 20℃升高到 220℃,温控开关自动断开, 3 已知底板的质量为 1kg,铁的比热为 0.46×10 J/(kg·℃),问蒸汽电熨斗预热时底板吸收 多少热量? (3)汽烫时,水滴入汽室,由于水升温汽化带走热量.当底板温度降到 190℃时,温控开关 自动闭合,当加热到 220℃时又断开,如此反复.若蒸汽电熨斗大体按图 1—4—10 所示程序 工作,10min 烫一件衣服共消耗多少电能? 分析点拨: 蒸 汽电熨斗是家用电 器之一, 这是一道综 合了电、 热、 力学知 图 1—4—10 识的条件开放计算 题. 解答此类问题, 首先要了解图、 表中各物理量的意义, 然后分析各物理量间的数量关系, 再利用有关公式计算.要得到衣服受到的压强,先要求出其受到的压力,压力等于人施加的 压力与熨斗重力之和;由题已知根据公式 Q=cm(t-t0)可计算出吸收的热量,再由能的转 换关系,分析图 蒸汽电熨斗的工作情况——每 20s 加热 15s,计算 10min 内的工作时间, 然后根据电功公式 W=Pt 求出消耗的电能. 2 -2 2 解:(1) 由表可知:m=1.3kg Fˊ=19N S=160cm =1.6×10 m 熨斗熨烫衣服时,对衣服压力:F=mg+Fˊ=1.3kg×10N/kg+19N=32N F 32 N  2 2 P = S 1.6  10 m = 2×103Pa (2) mˊ=1kg c=0.46×10 J/(kg·℃) T0=20℃ T=220℃ 由 Q 吸 = cm(t-t 0)得: 3 4 Q 吸 = 0.46×10 J/(kg·℃)×1kg×(220℃-20℃)=9.2×10 J (3)由铭牌可知额定功率 P=1000W,工作 t=600 s 所以 电熨斗的加热时间为: t 总=600 s×(15s/20s)=450s 故 烫一件衣服共消耗电能: 3

W=Pt=1000W×450s=4.5×10 J 5、电冰箱 生活问题: 右表是小明家新买的电冰箱铭牌上的部分数据.小明所在地区每度电按 0.4 元收费,正常使用这台电冰箱 30 天,消耗的电能是多少 冷冻室容积 86L 焦?应付的电费是多少元? 冷藏室容积 120L 分析点拨: 本题是一道与生活实际相联系的运用型计 额定电压 220V 算题,解答时能由图表给出的信息筛选获取有用的数据,这 50Hz 就要求看图表首先能够明确每一组数据所代表的物理意义, 额定频率 这样才能明辩哪一组数据是有用的,也才能够根据已知条件 输入总功率 125W 耗电量 0.55kw·h/24h 选用关系式解决问题. 解:由题意根据 W = Pt 得 W = 0.55kw· ×30×24h =16.5kw·h 6 =16.5×3.6×10 J 7 =5.94×10 J 所以应付电费¥=16.5kw·h×0.4 元/(kw·h)=6.6 元 7 正常使用这台电冰箱 30 天,消耗的电能是 5.94×10 J,应付电费是 6.6 元. 6、电热水器 生活问题: 下表是小天鹅“蓝金刚”电热水器的参数表,请根据表中的参数回答下列 问题: ①该电热水器正常工作时的 型号 XCD 50B 额定电压/V 220 电流是多少? 1.5 温度设定范围/℃ 30~85 ②该电热水器正常工作时将 额定功率/kW 一箱 50L 的水从 25℃加热到 内胆压力/MPa 0.6 容量/L 50 45℃所需要的时间是多少? 加热方式 电加热管 整机外形尺寸/mm 930×¢480 ③如果在用电高峰时,该电 热水器加热 24min 实际消耗的电能为 0.486kW·h,则此时电路的实际电压是多少?(不考 虑箱体的吸热及热损失) 分析点拨: 随着家用电器的普及, 根据家庭中的实用电器结合电器名牌上给出的技术 参数所编的实际探究型问题也越来越多, 在一定程度上体现了物理知识与生活实际的密切联 系.本题将新能源——太阳能的应用与电的应用结合在一起了,结合点是能的相互转化. 解:⑴由公式 P = UI 可得: 5 (2)水箱中水的质量为: 水箱中的水温度从 25℃升到 45℃吸收的热量为: 在不考虑箱体的吸热及热损失的情况下,加热时间为: (3)实际用电时,在 t′=24min=0.4h 内,该电热水器消耗的电能为 0.486 kw·h,

则其实际功率为: 由 P=U2/R 可知,当电热水器的电阻值不变时,有 R =U2/ P,所以此时电路的实际电 压为: 7、电热毯 生活问题: 有一电热毯,说明书上标明所用的电压为 220V,电热毯电阻由 R1 和 R2 组 成,R1=605Ω ,如图 1—4—11 所示.利用开关 S 的通断可以使电热毯的发热功率(指电路 的总功率)分为两档,Ⅰ档为功率最大,Ⅱ档功率为Ⅰ档的 1/4,试问: (1)开关处于什么状态时,电热毯的功率最大?最大功率为多少 R2 瓦特? U 220V S (2)电阻 R2 应为多大? (3)改变 R1 和 R2 的电阻值,请另外设计一个不同的电路实现上面 R1 的功能.要求:画出电路图;并求出 R1 和 R2 的电阻值. 图 1—4—11 分析点拨: 本题是一道电热相结合的综合试题,结合点是 能量的相互转化(即电能→内能) .电热毯发热功率的变化是利用了电路中电阻的短路来实 2 现的,由公式 P=U /R 可知,在电压不变的情况下,接通开关 S,使得电阻 R2 短路,增大电 热毯的发热功率. 若要另外设计一个不同的电路实现上面的功能, 实质上就是通过改变电阻 的连接形式,改变总电阻的大小,从而实现功率的可变性. 2 解: (1)由公式 P =U /R 可知,在电压不变的情况下,接通开关 S,使得电阻 R2 短路, 电热毯的发热功率最大. 2 根据 P1=U /R1 得: R1 220V U P1=(220V)2/605Ω = 80 W (2)在开关 S 的断开时,R1 和 R2 串联,根据 P2=(1/4) R2 P1 得: 图 1—4—11a P2=(1/4)×80 W = 20 W 2 2 所以 R2=U / P2 = (220V) /20 W =2420Ω R1 (3)若要满足 P2=(1/4) P 1 ,改变 R1 和 R2 的电阻值,将两 电阻分别组成串联(如图 1—4—11a)和并联(如图 1—4—11b)电 R2 2 路,由公式 P =U /R 得: U 220V U 2/R 串联 =1/4( U 2/R 并联) 所以有: 图 1—4—11b U 2/( R1+R2)=1/4[R1 R2U 2/(R1+R2)] 解得:R1 = R2 R1、R2 连接如图 1—4—11a、1—4—11b 所示. 8、微波炉 生活问题: 右表是 LG 微波炉的部分技术参数.请根据表 中信息完成下列问题:(计算结果保留二位小数) LG 微波炉 MG-5021MW (1)求该微波炉在使用微波档工作时的额定电流. 额定电压:220V-50Hz (2)若使用微波档工作时, 做一道菜需用 15min, 则消耗的电 输出功率:700W 能是多少 KW·h? 微波输入功率:1050W 烧烤输入功率:900W (3)该微波炉在使用烧烤档工作时的效率是 . 内腔容积: (4)使用微波档和烧烤档都可以用来加热食物,但它们加热 振荡频率:2450MHz 的方式是不同的, 前者采用微波加热, 后者采用热传递的方式(红 外线)加热.请猜测“振荡频率”是针对微波炉哪种工作状态而言的?

分析点拨: 微波炉是一种现代的厨房厨具, 它具有加热速度快, 省时、 方便的优点. 微 波炉在工作时是将电能转化为电磁波能,微波炉利用微波[频率介于 300~30000MHz(波长介 于 1~100cm)的电磁波]把食物加热,将微波的能量转变为食物的内能.通电后,在微波炉的 炉腔里产生高频微波, 使得被加热的物体内部的分子产生剧烈的振动, 从而使物体的温度升 高. 本题由题目所给出的微波炉的部分技术参数, 可以知道微波炉在不同的工作状态下功率 情况. 解:(1)根据 P =UI 可以求得 微波炉在使用微波档工作时的额定电流: I =P/U =1050W/220V =4.8A (2)若使用微波档工作时,消耗的电能是 W =UIt = 220V× 4.8A× (15×60)S = 0.2 6 kw·h (3) 微波炉在使用烧烤档工作时的效率是 所以 η = W 有/ W 总 (W = Pt) = 700W/900W = 78% (4) 振荡频率:2450MHz 是针对微波档工作时而言的. 9、饮水机 生活问题: 饮水机是一种常见的家用电器,其工作电路可简化为如图 1—4—12 所示 的电路,其中 S 是一温度控制开关,当水温升高到一定温度时,它会自动切换,使饮水机处 于保温状态;R0 是饮水机加热管的电阻,R 是与加热管串联的电阻.下表是从其说明书中摘 录下的一些技术数据(不考虑 R0、R 的阻值受温度变化的影响,表中的功率均指加热管的功 率) . S 额定电压 频率 加热功率 保温功率 220V 50Hz 550W 22W 220V R 图 1—4—12 R0 (1)用你学过的物理知识推理、说明开关 S 闭合时,饮水机是处于加热状态,还是处于保 温状态(要写出必要的推导过程才能得分) . (2)求 R 的阻值. 分析点拨: 在日常生活中饮水机是十分普及的家用电器.它在工作时是将电能转化 为内能. 结合电路图和技术数据可以看出饮水机在正常工作时, 具有两种工作状态——保温 和加热状态.由图 1—4—12 可知,饮水机是通过温度控制开关的接通和断开,造成电阻 R 的短路来实现加热和保温工作状态的. 2 解: (1)根据 P = UI= U /R 可知,在电压 U=220V 不变时, 2 当温度控制开关 S 接通时:P = U /(R0+R)[电阻 R 被短接] 2 饮水机的功率:P 加 = U /R0 所以饮水机处于加热状态. 当温度控制开关 S 断开时: P = U 2/(R0+R)[电阻 R、R0 串联] 饮水机的功率: P 保 = U 2/(R0+R) 所以饮水机处于保温状态. (2)根据题目所给表中技术数据: 饮水机处于加热状态时: P 加 =550W,U = 220V 得 R0 = U 2/R0 =(220V)2/550W =88Ω 饮水机处于保温状态时: P 保 =22W.U = 220V 得 P 保 = U 2/(R0+R)

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